理性有限元

提出了与常现有限元迥然不同的理性有限元列式。其方法论的差别在于理性有限元充分考虑了力学的微分方程，用方程的解来逼近单元内部场．即以力学的需求为主导，再用相应的数学方法推导。并用理住平面四边形元RQ4为典型予以表述。数值结果表明理性有限元的优越性质。     

论九参数拟协调元的扩展

九参数拟协调有限元是唐立民等人于１９８０年提出的一种计算简便的薄板单元。该单元具有较好的收敛性。本文利用新的插值观重新分析九参数拟协调元，得出拟协调元的形函数空间，同时，构造出一类具有较好收敛性的新有元，其形函数空间有明显的表达方法。     

求解二维弹性问题的径向基差分法

常规的配点型无网格法在求解弹性力学问题中,存在求解精度差和纽曼边界条件处理等局限．为解决这一问题,通过利用流体力学中基于径向基构造的差分格式(RBF-FD),来求解弹性力学平面问题．同时,为了进一步提高求解精度,对纽曼边界条件采用Hermite插值进行处理．数值算例表明,该方法具备良好的收敛性,并有着较高的精度,可有效解决传统配点型无网格法精度差的问题．同时,也表明该方法可以应用于弹性力学问题的求解．     

理性有限元

提出了与常规有限元迥然不同的理性有限元列式，其方法论的差别在于理性有限元充分考虑了力学的微分方程，用方程的解来逼近单元内部场，即以力学的需求为主导，再用相应的数学方法推导，并用理性平面四边形元ＲＱ４为典型予以表述，数值结果表明理性有限元的优越性质。     

平面理性四节点及五节点四边形有限元

推导了平面四点及五点理性元公式，具有完全二次解的插值近似，完全通过分片试验，不发生零能模式，不发生剪切自锁。数例表明本文理性元的优越性。     

论九参数拟协调元的扩展

九参数拟协调有限元是唐立民等人于1980年提出的一种计算简便的薄板单元。该单元具有较好的收敛性。本文利用新的插值观重新分析九参数拟协调元,得出拟协调元的形函数空间。同时,构造出一类具有较好收敛性的新有限元,其形函数空间有明显的表达方式。     

弹性力学轴对称问题的有限元线法

给出了解弹性力学空间轴对称问题的有限元线法的基本理论。该法包括了２－４条结线的等参数单元，沿结线方向的两点边值问题采用插值矩阵法解之。算例表明，本法具有良好的收敛性和较高的计算精度。     

Hybrid-Trefftz有限元法的研究进展

系统概述了Ｈｙｂｒｉｄ Ｔｒｅｆｆｔｚ有限元法及其在弹性力学中的应用．该单元模型由于在插值函数上的灵活选择性使其比普通有限元能更有效地处理局部效应问题,如孔洞,集中荷载等．通过适当选择单元插值函数可构造出高精度的ｐ－扩展元和一系列满足特殊条件的新单元,以在同等条件下提高计算精度      

强厚度叠层板的一种高阶单元

提出一种新的八节点平板元用于分析复合材料叠层厚板的静力问题,板的位移场在板面内采用抛物线型插值,而在板厚方向采用Maclaurin级数展开,使得厚度方向的插值为任意阶多项式,相当于厚板中的高阶理论,取不同的级数项数,可得到不同精度的解。该单元满足C^0连续条件,不需增加新的网络,也不需增加新的输入数据,只要增加多项式级数的项数,便可得到较高精度的解。文中研究了算法的收敛性及计算精度,并与已有结果作了比较。     

单轴压缩条件下溶蚀岩体力学特性数值试验研究

工程尺度的溶蚀岩体难以开展室内外力学试验，导致溶蚀岩体的力学参数获取存在困难，因此基于岩石矿物含量特征、室内力学试验和岩体结构面特征，采用三维颗粒流离散元法，通过建立等效孔隙型溶蚀岩体模型进行单轴压缩数值试验，进而分析其力学特性和变形破坏机制。研究表明：采用改进平行黏结模型，基于细观矿物特征，通过元胞自动机算法剔除颗粒可建立孔隙型溶蚀岩体模型；加载前期，岩体结构面首先快速破坏而产生以剪切为主的微裂纹；随加载进行，岩块内逐渐产生以拉裂纹为主的破坏，其微裂纹呈指数增加，而结构面微裂纹先激增后趋于稳定；相同轴向应变时，岩块内拉裂纹随溶蚀率增加而增加，而结构面剪切微裂纹减少；岩体的变形破坏分为结构面快速破坏、岩块弹性变形、岩块塑性变形和岩体完全破坏等4个阶段，其破坏形式随溶蚀率增加而从整体均匀性破坏转化为局部结构性破坏；溶蚀使岩体强度降低，溶蚀率与单轴抗压强度和变形模量分别呈反比和负指数函数关系。     

用拟协调元直接构造平面任意四边形单元——进入有限元的禁区

利用拟协调元方法,在直角坐标系下直接构造了一族平面任意四边形单元,对其收敛性进行了分析,并与平面等参元进行了对比研究.结果证明平面任意四边形单元可采用多项式基函数直接列式,并可以保障单元的收敛性;拟协调元列式可以使平面问题的有限元方法得到统一.与平面等参元相比,单元列式简单,性能稳定,具有显式的刚度阵,计算量小,这说明对于有限元平面问题拟协调元是一个更正确、有效的做法.      

弱连续条件下的九参三角形板元

首先对薄板弯曲平衡方程的弱形式进行了推导,导出保证单元收敛的弱协调条件,即三角形顶点函数值连续和三边的法向导数积分连续这两个条件;对比拟协调元、广义协调元和双参数法中所使用的3个积分连续条件,本条件更弱;再对这3个积分协调条件的构成方法进行了总结和分析,现有采用积分连续条件构造的有限元大都采用了这些构成方法.采用弱协调条件构造有限元,比原来的构造范围更广,井以此构造出几种单元作为算例.采用这种构成法还可构造多种单元,它们都具有采用最小势能原理法构成有限元的简便的优点,并在任意网格下收敛到真解.     

拟协调元研究综述

拟协调元是有限元中十分重要的、具有特色的一种列式体系. 拟协调元列式简单、灵活, 统一了协 调元、非协调元等列式方法. 在列式中, 拟协调元将几何方程和平衡方程同时弱化, 并强调基函数在有限元空 间中的重要作用; 借助对位移和应变离散精度的控制, 拟协调元保障了单元的收敛性, 并可以利用泰勒展开校 核进行简便直接的收敛性分析. 研究者们利用拟协调元已经构造了大量的优秀的单元, 并广泛地应用到结构问 题、流体流动问题、非线性分析、稳定性和破坏分析等方面. 这些工作集中体现了拟协调元的理论价值和工程 应用价值. 对拟协调列式方法、列式理论和已发表文献中的主要拟协调单元进行了总结. 最后对拟协调的研究 工作进行了展望.      

薄板小波有限元理论及其应用

利用样条小波尺度函数构造了常用的三角形和矩形薄板单元的位移函数,得到了利用小波函数表示的形函数。采用合理的局部坐标,对单元进行压缩,使单元在局部坐标区间上有其值,成功地推导出了分域的三角形和矩形薄板小波有限元列式。在此基础上,提出了弹性地基薄板的小波有限元求解方法。通过两个算例对薄板的挠度和弯矩进行了计算,数值结果表明,求解结果具有收敛快、精度高的特点。     

Exact finite element method

In this paper,a new method,exact element method for constructing finite element,ispresented.It can be applied to solve nonpositive definite or positive definite partialdifferential equation with arbitrary variable coefficient under arbitrary boundarycondition.Its convergence is proved and its united formula for solving partial differentialequation is given.By the present method,a noncompatible element can be obtained and thecompatibility conditions between elements can be treated very easily.Comparing the exactelement method with the general finite element method with the same degrees of freedom,the high convergence rate of the high order derivatives of solution can be obtained.Threenumerical examples are given at the end of this paper,which indicate all results canconverge to exact solution and have higher numerical precision.     

一个新的八节点非协调曲边四边形平面单元

本文在文[1]和文[2]的基础上,提出构造非协调有限元的新方法。该方法不用一般的变分原理,可适用任意变系数正定和非正定偏微分方程。利用这一方法得到一个新的八节点四边形平面应力单元。与一般有限元相比,位移和应力可提高一阶收敛精度。形成单刚矩阵时,不需要进行数值积分。单元之间的协调条件容易满足,文中给出收敛性证明。文末给出数值算例,表明利用本文的方法,应力和位移均可获得满意的数值精度。     

多边形有限元研究进展

有限元法是数值求解偏微分方程边值问题的重要方法,采用不规则多边形单元网格, 可以方便有效地模拟材料的力学性能, 又使得区域网格剖分变得灵活方便. 特别是对于复杂的几何形状, 多边形单元网格具有更大的优势. 本文对国内外有关多边形有限元法的最新进展作了初步的总结和评述, 主要以基于位移法的多边形有限元为主.论述了多边形有限元的发展历史, 给出了多边形单元上的Wachspress插值、Laplace插值和重心坐标的一些最新研究成果. 与经典有限元法形函数为多项式形式不同, 多边形单元的形函数为有理函数或者无理函数形式. 多边形单元插值形函数满足线性完备性, 可以再现线性位移场, 像经典有限元法一样直接施加本质边界条件; 插值函数在多边形的边界上是线性的,确保不同单元间的自动协调. 不同单元的插值形函数表达公式形式统一, 方便混合单元网格计算的程序编写. 提出了多边形有限元法今后需要研究的问题.      

Modeling Method and Application of Rational Finite Element Based on Absolute Nodal Coordinate Formulation

In multibody system dynamics, the absolute nodal coordinate formulation(ANCF)uses power functions as interpolating polynomials to describe the displacement field. It can get accurate results for flexible bodies that undergo large deformation and large rotation. However, the power functions are irrational representation which cannot describe the complex shapes precisely, especially for circular and conic sections. Different from the ANCF representation,the rational absolute nodal coordinate formulation(RANCF) utilizes rational basis functions to describe geometric shapes, which allows the accurate representation of complicated displacement and deformation in dynamics modeling. In this paper, the relationships between the rational surface and volume and the RANCF finite element are provided, and the generalized transformation matrices are established correspondingly. Using these transformation matrices, a new four-node three-dimensional RANCF plate element and a new eight-node three-dimensional RANCF solid element are proposed based on the RANCF. Numerical examples are given to demonstrate the applicability of the proposed elements. It is shown that the proposed elements can depict the geometric characteristics and structure configurations precisely, and lead to better convergence in comparison with the ANCF finite elements for the dynamic analysis of flexible bodies.     

非线性复合材料杂交应力有限元的有效迭代方法

推导了面内剪应力应变关系非线性的复合材料的杂交应力有限元列式,给出了位移迭代和应力迭代的策略和步骤．提出一种非线性应力场迭代格式的改进方案,不仅提高了收敛速度,而且克服了大载荷下简单迭代法循环迭代而无法收敛的关键问题,使得所提出的非线性杂交应力元方法几乎对任意大载荷都能够收敛．数值算例表明该方法是确实可行的．